【技术】示波器的本底噪声对高速串行信号眼图测试的影响

时间： 2016-12-14 来源：Keysight

示波器作为数字信号调试和分析的通用工具，近十多年来在高速串行信号的一致性测试和分析中得到了广泛应用，从最初的 USB2.0/Ethernet 等到当下热门 HDMI2.0/USB3.x/Display Port/PCIE等。近几年，随着信号速率的持续推高和信号处理技术发展的需要，示波器在高速眼图调试和分析中也已经日益成为最重要的工具，广泛应用在 10G/40G/100G 高速信号传输的眼图调试中。本文将就示波器的本底噪声对高速串行信号眼图的调试和测试的影响作一探讨。

示波器的本底噪声来自于哪里？

图1：示波器的典型结构图

示波器的模拟带宽主要取决于衰减器，其主要作用是将大信号衰减到ADC的最佳工作量程范围内，而放大器则是为了对小信号放大到ADC的最佳工作量程范围内。示波器的本底噪声也主要来自于上图中的衰减器和前置放大器部分，这是任何电路和部件本身无法完全消除的，这个本底噪声会叠加在信号上。ADC在采样时是无法区分的也即ADC采样时会全部量化，而这个本底噪声也会被当成为信号的一部分。衰减器在对信号衰减后，示波器在完成采样后做信号处理时重新放大信号，而这个重新放大的过程同时也会把前端的衰减器的本底噪声进行放大。

图2：本底噪声如何引入示意

因此作为示波器前端部件性能的衡量指标的本底噪声数值就成为示波器产品手册上必须标注的一个指标。

本底噪声数值到底对高速串行信号眼图测试的影响有多大？
眼图测试的必测参数之一是眼高：

图3：眼图测试示意图

上图是一个典型的眼图测试各指标的示意图。其中眼高定义如下：

PTopsigma即为眼图波形顶部的噪声标准偏差或均方根值，PBasesigma为眼图波形底部的噪声标准偏差或均方根值。由此可见，眼高最终结果与波形噪声标准偏差有直接关系。而波形噪声标准偏差不仅仅与波形本身有关，如前文所述与示波器的本底噪声也是紧密相关的。

如下图示，即便是同品牌同带宽的示波器产品，本底噪声水平也是不同的。这里是两款 4 GHz 带宽示波器测试同一个信号的眼图。两款示波器的带宽、垂直/水平设置完全相同。您可以看到，右图 Infiniium S 系列示波器由于其低噪底和10bit ADC等特性更真实地再现了信号的眼图，眼图高度比左图高 200 mV，提供了一个误差更小精度更高的测量结果。

图4：不同底噪的示波器眼图测试效果差异

以上我们讨论了示波器的本底噪声对串行信号眼图测试精度的直接影响，那么究竟是什么在影响示波器的本底噪声从而影响眼高呢？且听下回分解。

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全部评论（11）

serena Lv7. 资深专家 2019-02-19

高速设备贵呀
肉松蛋卷 Lv7. 资深专家 2019-01-30

不错
蓝黑使者007 Lv7. 资深专家 2018-09-15

涨知识了
开心快乐 Lv6. 高级专家 2018-09-13

先进了
用户_0880 Lv4 2018-06-29

又进步了

大虾 Lv6. 高级专家 2018-02-27

学习了。
用户69495634 Lv3. 高级工程师 2018-01-30

眼图，赐教了！
用户56731903 Lv9. 科学家 2018-01-01

不错！长知识了！
大飞哥 Lv8. 研究员 2017-12-14

学习学习
翱翔 Lv3. 高级工程师 2017-12-02

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